Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 2

Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Hệ thống máy tính

Nội dung học phần

Chương 2 KIẾN TRÚC BỘ NHỚ

(cid:132) Chương 1. Giới thiệu chung (cid:132) Chương 2. Kiến trúc bộ nhớ (cid:132) Chương 3. Kiến trúc vào-ra (cid:132) Chương 4. Kiến trúc bộ xử lý (cid:132) Chương 5. Kiến trúc máy tính tiên tiến

Nguyễn Kim Khánh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

NKK-HUT

8 September 2009 1 8 September 2009 2

2.1. Tổng quan về hệ thống nhớ

Nội dung

1. Các đặc trưng của hệ thống nhớ (cid:132) Vị trí

(cid:132) Bên trong CPU: (cid:132) tập thanh ghi (cid:132) Bộ nhớ trong: (cid:132) bộ nhớ chính (cid:132) bộ nhớ cache

(cid:132) Bộ nhớ ngoài: các thiết bị nhớ

2.1. Tổng quan về hệ thống nhớ 2.2. Bộ nhớ bán dẫn 2.3. Bộ nhớ chính 2.4. Bộ nhớ cache 2.5. Bộ nhớ ảo 2.6. Hệ thống lưu trữ RAID

(cid:132) Dung lượng

(cid:132) Độ dài từ nhớ (tính bằng bit) (cid:132) Số lượng từ nhớ

4 8 September 2009 3 8 September 2009

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

1 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Các đặc trưng của hệ thống nhớ (tiếp)

(cid:132) Hiệu năng (performance)

(cid:132) Đơn vị truyền (cid:132) Từ nhớ (cid:132) Khối nhớ

(cid:132) Thời gian truy nhập (cid:132) Chu kỳ nhớ (cid:132) Tốc độ truyền

(cid:132) Phương pháp truy nhập

(cid:132) Kiểu vật lý

(cid:132) Truy nhập tuần tự (băng từ) (cid:132) Truy nhập trực tiếp (các loại đĩa) (cid:132) Truy nhập ngẫu nhiên (bộ nhớ bán dẫn) (cid:132) Truy nhập liên kết (cache)

(cid:132) Bộ nhớ bán dẫn (cid:132) Bộ nhớ từ (cid:132) Bộ nhớ quang

NKK-HUT

8 September 2009 5 8 September 2009 6

Các đặc trưng của hệ thống nhớ (tiếp)

2. Phân cấp hệ thống nhớ

(cid:132) Các đặc tính vật lý

(cid:132) Khả biến / Không khả biến

(volatile / nonvolatile)

(cid:132) Xoá được / không xoá được

(cid:132) Tổ chức

8 8 September 2009 7 8 September 2009

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

2 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Ví dụ hệ thống nhớ thông dụng

Nguyên lý cục bộ hoá tham chiếu bộ nhớ

(cid:132) Trong một khoảng thời gian đủ nhỏ CPU thường chỉ tham chiếu các thông tin trong một khối nhớ cục bộ

(cid:132) Ví dụ:

(cid:132) Cấu trúc chương trình tuần tự (cid:132) Vòng lặp có thân nhỏ (cid:132) Cấu trúc dữ liệu mảng

(cid:132)

Từ trái sang phải: (cid:132) dung lượng tăng dần tốc độ giảm dần

(cid:132) giá thành/1bit giảm dần

NKK-HUT

8 September 2009 9 8 September 2009 10

2.2. Bộ nhớ bán dẫn

ROM (Read Only Memory)

1. Phân loại

Kiểu bộ nhớ

Khả năng xoá

Cơ chế ghi

Tiêu chuẩn

Tính khả biến

(cid:132) Bộ nhớ không khả biến (cid:132) Lưu trữ các thông tin sau:

Mặt nạ

Read Only Memory (ROM)

Bộ nhớ chỉ đọc

Không xoá được

Programmable ROM

(PROM)

Erasable PROM (EPROM)

bằng tia cực tím, cả chip

Không khả biến

(cid:132) Thư viện các chương trình con (cid:132) Các chương trình điều khiển hệ thống (BIOS) (cid:132) Các bảng chức năng (cid:132) Vi chương trình

Bằng điện

Bộ nhớ hầu như chỉ đọc

Electrically Erasable PROM (EEPROM)

bằng điện, mức từng byte

Flash memory

bằng điện, từng khối

Bộ nhớ đọc-ghi

Khả biến

Bằng điện

Random Access Memory (RAM)

bằng điện, mức từng byte

8 September 2009 11 8 September 2009 12

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

3 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Các kiểu ROM

Các kiểu ROM (tiếp)

(cid:132) ROM mặt nạ:

(cid:132) EEPROM (Electrically Erasable PROM)

(cid:132) thông tin được ghi khi sản xuất (cid:132) rất đắt

(cid:132) Có thể ghi theo từng byte (cid:132) Xóa bằng điện

(cid:132) PROM (Programmable ROM)

(cid:132) Cần thiết bị chuyên dụng để ghi bằng chương

(cid:132) Flash memory (Bộ nhớ cực nhanh)

trình (cid:198) chỉ ghi được một lần (cid:132) EPROM (Erasable PROM)

(cid:132) Ghi theo khối (cid:132) Xóa bằng điện

(cid:132) Cần thiết bị chuyên dụng để ghi bằng chương

trình (cid:198) ghi được nhiều lần

(cid:132) Trước khi ghi lại, xóa bằng tia cực tím

NKK-HUT

8 September 2009 13 8 September 2009 14

RAM (Random Access Memory)

SRAM (Static) – RAM tĩnh

(cid:132) Bộ nhớ đọc-ghi (Read/Write Memory) (cid:132) Khả biến (cid:132) Lưu trữ thông tin tạm thời (cid:132) Có hai loại: SRAM và DRAM (Static and Dynamic)

(cid:132) Các bit được lưu trữ bằng các Flip-Flop (cid:198) thông tin ổn định (cid:132) Cấu trúc phức tạp (cid:132) Dung lượng chip nhỏ (cid:132) Tốc độ nhanh (cid:132) Đắt tiền (cid:132) Dùng làm bộ nhớ cache

8 September 2009 15 8 September 2009 16

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

4 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

DRAM (Dynamic) – RAM động

Một số DRAM tiên tiến

(cid:132) Các bit được lưu trữ trên tụ điện (cid:198) cần phải có mạch làm tươi

(cid:132) Enhanced DRAM (cid:132) Cache DRAM (cid:132) Synchronous DRAM (SDRAM): làm việc

được đồng bộ bởi xung clock

(cid:132) DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

(cid:132) Cấu trúc đơn giản (cid:132) Dung lượng lớn (cid:132) Tốc độ chậm hơn (cid:132) Rẻ tiền hơn (cid:132) Dùng làm bộ nhớ chính

NKK-HUT

8 September 2009 17 8 September 2009 18

Các tín hiệu của chip nhớ

2. Tổ chức của chip nhớ (cid:131) Sơ đồ cơ bản của chip nhớ

(cid:132) Các đường địa chỉ: An-1 ÷ A0 (cid:198) có 2n từ nhớ (cid:132) Các đường dữ liệu: Dm-1 ÷ D0 (cid:198) độ dài từ

nhớ = m bit

(cid:132) Dung lượng chip nhớ = 2n x m bit (cid:132) Các đường điều khiển:

(cid:132) Tín hiệu chọn chip CS (Chip Select) (cid:132) Tín hiệu điều khiển đọc OE (Output Enable) (cid:132) Tín hiệu điều khiển ghi WE (Write Enable) (Các tín hiệu điều khiển thường tích cực với mức 0)

8 September 2009 19 8 September 2009 20

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

5 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Tổ chức của DRAM

Chip nhớ

(cid:132) Dùng n đường địa chỉ dồn kênh (cid:198) cho

phép truyền 2n bit địa chỉ

(cid:132) Tín hiệu chọn địa chỉ hàng RAS

(Row Address Select)

(cid:132) Tín hiệu chọn địa chỉ cột CAS

(Column Address Select)

(cid:132) Dung lượng của DRAM= 22n x m bit

NKK-HUT

8 September 2009 21 8 September 2009 22

3. Thiết kế mô-đun nhớ bán dẫn

Tăng độ dài từ nhớ

x m bit

(cid:132) Dung lượng chip nhớ 2n (cid:132) Cần thiết kế để tăng dung lượng:

VD1: (cid:132) Cho chip nhớ SRAM 4K x 4 bit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 4K x 8 bit Giải: (cid:132) Dung lượng chip nhớ = 212 x 4 bit (cid:132) chip nhớ có:

(cid:132) Thiết kế tăng độ dài từ nhớ (cid:132) Thiết kế tăng số lượng từ nhớ (cid:132) Thiết kế kết hợp

(cid:132) 12 chân địa chỉ (cid:132) 4 chân dữ liệu (cid:132) mô-đun nhớ cần có: (cid:132) 12 chân địa chỉ (cid:132) 8 chân dữ liệu

8 September 2009 23 8 September 2009 24

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

6 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Ví dụ tăng độ dài từ nhớ

Bài toán tăng độ dài từ nhớ tổng quát

(cid:132) Cho chip nhớ 2n x mbit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 2n x (k.m) bit (cid:132) Dùng k chip nhớ

NKK-HUT

8 September 2009 25 8 September 2009 26

Tăng số lượng từ nhớ

VD2: (cid:132) Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 8K x 8 bit Giải: (cid:132) Dung lượng chip nhớ = 212 x 8 bit (cid:132) chip nhớ có:

(cid:132) 12 chân địa chỉ (cid:132) 8 chân dữ liệu

(cid:132) Dung lượng mô-đun nhớ = 213 x 8 bit

(cid:132) 13 chân địa chỉ (cid:132) 8 chân dữ liệu

8 September 2009 27 8 September 2009 28

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

7 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Bài tập

Bộ giải mã 2(cid:198)4

1. Tăng số lượng từ gấp 4 lần: (cid:132) Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 16K x 8 bit

2. Tăng số lượng từ gấp 8 lần: (cid:132) Cho chip nhớ SRAM 4K x 8 bit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 32K x 8 bit

3. Thiết kế kết hợp:

(cid:132) Cho chip nhớ SRAM 4K x 4 bit (cid:132) Thiết kế mô-đun nhớ 8K x 8 bit

NKK-HUT

8 September 2009 29 8 September 2009 30

2.3. Bộ nhớ chính

2. Tổ chức bộ nhớ đan xen (interleaved memory)

1. Các đặc trưng cơ bản (cid:132) Chứa các chương trình đang thực hiện và các

dữ liệu đang được sử dụng

(cid:132) Tồn tại trên mọi hệ thống máy tính (cid:132) Bao gồm các ngăn nhớ được đánh địa chỉ trực

(cid:132) Độ rộng của bus dữ liệu để trao đổi với bộ nhớ: m = 8, 16, 32, 64,128 ... bit (cid:132) Các ngăn nhớ được tổ chức theo byte (cid:198) tổ chức bộ nhớ vật lý khác nhau

tiếp bởi CPU

(cid:132) Dung lượng của bộ nhớ chính nhỏ hơn không

gian địa chỉ bộ nhớ mà CPU quản lý.

(cid:132) Việc quản lý logic bộ nhớ chính tuỳ thuộc vào

hệ điều hành

8 September 2009 31 8 September 2009 32

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

8 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

m=8bit (cid:198) một băng nhớ tuyến tính

m = 16bit (cid:198) hai băng nhớ đan xen

NKK-HUT

8 September 2009 33 8 September 2009 34

m = 32bit (cid:198) bốn băng nhớ đan xen

m = 64bit (cid:198) tám băng nhớ đan xen

8 September 2009 35 8 September 2009 36

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

9 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

2.4. Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory)

Ví dụ về thao tác của cache

1. Nguyên tắc chung của cache

(cid:132) CPU yêu cầu nội dung của ngăn nhớ (cid:132) CPU kiểm tra trên cache với dữ liệu này (cid:132) Nếu có, CPU nhận dữ liệu từ cache

(cid:132) (cid:132)

Cache có tốc độ nhanh hơn bộ nhớ chính Cache được đặt giữa CPU và bộ nhớ chính nhằm tăng tốc độ CPU truy cập bộ nhớ Cache có thể được đặt trên chip CPU

(cid:132)

(nhanh)

(cid:132) Nếu không có, đọc Block nhớ chứa dữ

liệu từ bộ nhớ chính vào cache

(cid:132) Tiếp đó chuyển dữ liệu từ cache vào

CPU

NKK-HUT

8 September 2009 37 8 September 2009 38

Cấu trúc chung của cache / bộ nhớ chính

Cấu trúc chung của cache / bộ nhớ chính (tiếp)

(cid:132) Bộ nhớ chính có 2N byte nhớ

(cid:132) Bộ nhớ chính và cache được chia thành

các khối có kích thước bằng nhau (cid:132) Bộ nhớ chính: B0, B1, B2, ... , Bp-1 (p Blocks) (cid:132) Bộ nhớ cache: L0, L1, L2, ... , Lm-1 (m Lines) (cid:132) Kích thước của Block = 8,16,32,64,128 byte

8 September 2009 39 8 September 2009 40

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

10 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

2. Các phương pháp ánh xạ

Cấu trúc chung của cache / bộ nhớ chính (tiếp)

(cid:132) Một số Block của bộ nhớ chính được

nạp vào các Line của cache.

(Chính là các phương pháp tổ chức bộ nhớ cache)

(cid:132) Ánh xạ trực tiếp

(Direct mapping)

(cid:132) Nội dung Tag (thẻ nhớ) cho biết Block nào của bộ nhớ chính hiện đang được chứa ở Line đó.

(cid:132) Ánh xạ liên kết toàn phần

(cid:132) Khi CPU truy nhập (đọc/ghi) một từ nhớ,

(Fully associative mapping)

(cid:132) Ánh xạ liên kết tập hợp

(Set associative mapping)

có hai khả năng xảy ra: (cid:132) Từ nhớ đó có trong cache (cache hit) (cid:132) Từ nhớ đó không có trong cache (cache

miss).

NKK-HUT

8 September 2009 41 8 September 2009 42

Ánh xạ trực tiếp

Minh hoạ ánh xạ trực tiếp

(cid:132) Mỗi Block của bộ nhớ chính chỉ có thể được nạp

(cid:132)

vào một Line của cache: (cid:132) B0 (cid:198) L0 (cid:132) B1 (cid:198) L1 ....

(cid:132) Bm-1 (cid:198) Lm-1 (cid:132) Bm (cid:198) L0 (cid:132) Bm+1 (cid:198) L1

(cid:132)

.... (cid:132) Tổng quát

(cid:132) Bj chỉ có thể nạp vào L j mod m (cid:132) m là số Line của cache.

8 September 2009 43 8 September 2009 44

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

11 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Đặc điểm của ánh xạ trực tiếp

Ánh xạ liên kết toàn phần

(cid:132) Mỗi một địa chỉ N bit của bộ nhớ chính gồm

(cid:132) Mỗi Block có thể nạp vào bất kỳ Line

nào của cache.

ba trường: (cid:132) Trường Word gồm W bit xác định một từ nhớ

(cid:132) Địa chỉ của bộ nhớ chính bao gồm hai

trong Block hay Line:

2W = kích thước của Block hay Line

(cid:132) Trường Line gồm L bit xác định một trong số các

trường: (cid:132) Trường Word giống như trường hợp ở

Line trong cache:

trên.

2L = số Line trong cache = m

(cid:132) Trường Tag dùng để xác định Block của

bộ nhớ chính.

(cid:132) Tag xác định Block đang nằm ở Line đó

(cid:132) Trường Tag gồm T bit: T = N - (W+L) (cid:132) Bộ so sánh đơn giản (cid:132) Xác suất cache hit thấp

NKK-HUT

8 September 2009 45 8 September 2009 46

Minh hoạ ánh xạ liên kết toàn phần

Đặc điểm của ánh xạ liên kết toàn phần

(cid:132) So sánh đồng thời với tất cả các Tag (cid:198)

mất nhiều thời gian

(cid:132) Xác suất cache hit cao. (cid:132) Bộ so sánh phức tạp.

8 September 2009 47 8 September 2009 48

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

12 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Ánh xạ liên kết tập hợp

Minh hoạ ánh xạ liên kết tập hợp

(cid:132) Cache đươc chia thành các Tập (Set) (cid:132) Mỗi một Set chứa một số Line (cid:132) Ví dụ:

(cid:132) 4 Line/Set (cid:198) 4-way associative mapping

(cid:132) Ánh xạ theo nguyên tắc sau:

(cid:132) B0 (cid:198) S0 (cid:132) B1 (cid:198) S1 (cid:132) B2 (cid:198) S2 (cid:132) .......

NKK-HUT

8 September 2009 49 8 September 2009 50

Đặc điểm của ánh xạ liên kết tập hợp

Ví dụ về ánh xạ địa chỉ

(cid:132) Kích thước Block = 2W Word (cid:132) Trường Set có S bit dùng để xác định

một trong số V = 2S Set

(cid:132) Không gian địa chỉ bộ nhớ chính = 4GB (cid:132) Dung lượng bộ nhớ cache là 256KB (cid:132) Kích thước Line (Block) = 32byte. (cid:132) Xác định số bit của các trường địa chỉ

(cid:132) Trường Tag có T bit: T = N - (W+S) (cid:132) Tổng quát cho cả hai phương pháp trên (cid:132) Thông thường 2,4,8,16Lines/Set

cho ba trường hợp tổ chức: (cid:132) Ánh xạ trực tiếp (cid:132) Ánh xạ liên kết toàn phần (cid:132) Ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường

8 September 2009 51 8 September 2009 52

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

13 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Với ánh xạ trực tiếp

Với ánh xạ liên kết toàn phần

(cid:132) Bộ nhớ chính = 4GB = 232 byte (cid:198) N = 32 bit (cid:132) Line = 32 byte = 25 byte (cid:198) W = 5 bit (cid:132) Số bit của trường Tag sẽ là: T = 32 - 5 = 27 bit

(cid:132) Bộ nhớ chính = 4GB = 232 byte (cid:198) N = 32 bit (cid:132) Cache = 256 KB = 218 byte. (cid:132) Line = 32 byte = 25 byte (cid:198) W = 5 bit (cid:132) Số Line trong cache = 218/ 25 = 213 Line

(cid:198) L = 13 bit

(cid:132) T = 32 - (13 + 5) = 14 bit

NKK-HUT

8 September 2009 53 8 September 2009 54

Với ánh xạ liên kết tập hợp 4 đường

Bài tập

Giả thiết rằng máy tính có 128KB cache tổ chức theo kiểu ánh xạ liên kết tập hợp 4-line. Cache có tất cả là 1024 Set từ S0 đến S1023. Địa chỉ bộ nhớ chính là 32-bit và đánh địa chỉ cho từng byte.

(cid:132) Bộ nhớ chính = 4GB = 232 byte (cid:198) N = 32 bit (cid:132) Line = 32 byte = 25 byte (cid:198) W = 5 bit (cid:132) Số Line trong cache = 218/ 25 = 213 Line (cid:132) Một Set có 4 Line = 22 Line (cid:198) số Set trong cache = 213/ 22 = 211 Set (cid:198)

S = 11 bit

(cid:132) Số bit của trường Tag sẽ là: T = 32 - (11 + 5)

= 16 bit

a) Tính số bit cho các trường địa chỉ khi truy nhập cache ? b) Xác định byte nhớ có địa chỉ 003D02AF(16) được ánh xạ vào Set nào của cache ?

8 September 2009 55 8 September 2009 56

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

14 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

3. Thuật giải thay thế (1): Ánh xạ trực tiếp

Thuật giải thay thế (2): Ánh xạ liên kết

(cid:132) Được thực hiện bằng phần cứng (nhanh)

(cid:132) Random: Thay thế ngẫu nhiên

(cid:132) Không phải lựa chọn (cid:132) Mỗi Block chỉ ánh xạ vào một Line xác

(cid:132) FIFO (First In First Out): Thay thế Block nào

định

nằm lâu nhất ở trong Set đó

(cid:132) LFU (Least Frequently Used): Thay thế Block

(cid:132) Thay thế Block ở Line đó

nào trong Set có số lần truy nhập ít nhất trong cùng một khoảng thời gian

(cid:132) LRU (Least Recently Used): Thay thế Block ở

trong Set tương ứng có thời gian lâu nhất không được tham chiếu tới.

(cid:132) Tối ưu nhất: LRU

NKK-HUT

8 September 2009 57 8 September 2009 58

4. Phương pháp ghi dữ liệu khi cache hit

2.5. Bộ nhớ ảo (Virtual Memory)

(cid:132) Ghi xuyên qua (Write-through): (cid:132) ghi cả cache và cả bộ nhớ chính

(cid:132) Khái niệm bộ nhớ ảo: gồm bộ nhớ chính và bộ nhớ ngoài mà được CPU coi như là một bộ nhớ duy nhất (bộ nhớ chính). (cid:132) Các kỹ thuật thực hiện bộ nhớ ảo:

(cid:132) tốc độ chậm

(cid:132) Kỹ thuật phân trang (thông dụng): Chia không

(cid:132) Ghi trả sau (Write-back):

(cid:132) chỉ ghi ra cache

gian địa chỉ bộ nhớ thành các trang nhớ có kích thước bằng nhau và nằm liền kề nhau Thông dụng: kích thước trang = 4KBytes

(cid:132) tốc độ nhanh

(cid:132) khi Block trong cache bị thay thế cần phải

(cid:132) Kỹ thuật phân đoạn: Chia không gian nhớ thành các đoạn nhớ có kích thước thay đổi, các đoạn nhớ có thể gối lên nhau.

ghi trả cả Block về bộ nhớ chính

8 September 2009 59 8 September 2009 60

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

15 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Phân trang

Cấp phát các khung trang

(cid:132) Phân chia bộ nhớ thành các phần có kích thước bằng nhau gọi là các khung trang

(cid:132) Chia chương trình (tiến trình) thành các trang (cid:132) Cấp phát số hiệu khung trang yêu cầu cho

tiến trình

(cid:132) HĐH duy trì danh sách các khung trang nhớ

trống

(cid:132) Tiến trình không yêu cầu các khung trang liên

tiếp

(cid:132) Sử dụng bảng trang để quản lý

NKK-HUT

Địa chỉ logic và địa chỉ vật lý của phân trang

Nguyên tắc làm việc của bộ nhớ ảo phân trang

(cid:132) Phân trang theo yêu cầu

(cid:132) Không yêu cầu tất cả các trang của tiến trình nằm

trong bộ nhớ

(cid:132) Chỉ nạp vào bộ nhớ những trang được yêu cầu

(cid:132) Lỗi trang

(cid:132) Trang được yêu cầu không có trong bộ nhớ (cid:132) HĐH cần hoán đổi trang yêu cầu vào (cid:132) Có thể cần hoán đổi một trang nào đó ra để lấy

chỗ

(cid:132) Cần chọn trang để đưa ra

8 September 2009 61 8 September 2009 62

8 September 2009 63 8 September 2009 64

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

16 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Thất bại

Lợi ích

(cid:132) Không cần toàn bộ tiến trình nằm trong

bộ nhớ để chạy

(cid:132) Quá nhiều tiến trình trong bộ nhớ quá nhỏ (cid:132) HĐH tiêu tốn toàn bộ thời gian cho việc hoán

đổi

(cid:132) Có ít hoặc không có công việc nào được thực

(cid:132) Có thể hoán đổi trang được yêu cầu (cid:132) Như vậy có thể chạy những tiến trình

hiện

lớn hơn tổng bộ nhớ sẵn dùng

(cid:132) Đĩa luôn luôn sáng (cid:132) Giải pháp:

(cid:132) Bộ nhớ chính được gọi là bộ nhớ thực (cid:132) Người dùng cảm giác bộ nhớ lớn hơn

bộ nhớ thực

(cid:132) Thuật toán thay trang (cid:132) Giảm bớt số tiến trình đang chạy (cid:132) Thêm bộ nhớ

NKK-HUT

8 September 2009 65 8 September 2009 66

Cấu trúc bảng trang

Translation Lookaside Buffer

(cid:132) Mỗi tham chiếu bộ nhớ ảo gây ra hai

truy cập bộ nhớ vật lý (cid:132) Tìm điểm vào của bảng trang (cid:132) Tìm dữ liệu

(cid:132) Sử dụng cache đặc biệt cho bảng trang

(cid:132) TLB

8 September 2009 67 8 September 2009 68

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

17 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Hoạt động của TLB

Hoạt động của TLB và Cache

NKK-HUT

8 September 2009 69 8 September 2009 70

2.6. Hệ thống lưu trữ - RAID

Đặc điểm của RAID

(cid:132) Tập các đĩa cứng vật lý được OS coi như một ổ logic duy nhất (cid:198) dung lượng lớn (cid:132) Dữ liệu được lưu trữ phân tán trên các ổ đĩa vật lý (cid:198) truy cập song song (nhanh) (cid:132) Có thể sử dụng dung lượng dư thừa để

(cid:132) Redundant Array of Inexpensive Disks (cid:132) Redundant Array of Independent Disks (cid:132) Hệ thống nhớ dung lượng lớn

lưu trữ các thông tin kiểm tra chẵn lẻ, cho phép khôi phục lại thông tin trong trường hợp đĩa bị hỏng (cid:198) an toàn thông tin

(cid:132) 7 loại phổ biến (RAID 0 – 6)

8 September 2009 71 8 September 2009 72

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

18 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

RAID 0, 1, 2

RAID 3 & 4

NKK-HUT

8 September 2009 73 8 September 2009 74

RAID 5 & 6

Ánh xạ dữ liệu của RAID 0

8 September 2009 75 8 September 2009 76

Nguyễn Kim Khánh - ĐHBKHN

19 Bài giảng Hệ thống máy tính

NKK-HUT

Hết chương 2

8 September 2009 77

Bài giảng Hệ thống máy tính: Chương 2 - Nguyễn Kim Khánh

Chủ đề:

Thủ thuật máy tính